(57)【要約】【課題】光の取り出し効率のよい半導体発光素子を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体発光素子は、支持基板１と、支持基板１上に設けた第１導電型半導体層２と、第１導電型半導体層２上に設けた発光層である活性層３と、活性層３上に設けた第２導電型半導体層４とを備えた半導体発光素子であって、第１導電型半導体層２に活性層３と第２導電型半導体層４を順次積層して形成した少なくとも２つ以上の積層部５と、積層部５を設けることで第１導電型半導体層２の一部が露出するように形成した露出面からなる露出領域６と、露出領域６に設けた活性層３に電圧印加するとともに、活性層３の側面から放射する光を所望の方向に反射する第１電極７と、第２導電型半導体層４上に設けた活性層３に電圧印加する第２電極８とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、該支持基板上に設けた第１導電型半導体層と、該第１導電型半導体層上に設けた発光層である活性層と、該活性層上に設けた第２導電型半導体層とを備えた半導体発光素子であって、
前記第１導電型半導体層に前記活性層と前記第２導電型半導体層を順次積層して形成した少なくとも２つ以上の積層部と、
該積層部を設けることで前記第１導電型半導体層の一部が露出するように形成した露出面からなる露出領域と、
該露出領域に設けた前記活性層に電圧印加するとともに、前記活性層の側面から放射する光を所望の方向に反射する第１電極と、
前記第２導電型半導体層上に設けた前記活性層に電圧印加する第２電極と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１電極は、前記第１導電型半導体層から前記活性層方向に向い広がるテーパ形状又は前記第１導電型半導体層から前記活性層方向に向い狭まるテーパ形状を備える請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１電極は、クシ歯形状である請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１電極は、格子形状である請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に発光層に電圧印加するための電極をそれぞれ支持基板の同一面側において形成した構造を有する半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体発光素子としては、例えば、図５に示すように、支持基板１０であるサファイア基板の上に、バッファ層２０であるＡｌＮと、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ層３０と、発光層であり活性層である低キャリア濃度ｎ層４０であるｎ−ＧａＮと、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ層５０と、ｐ層５０の上面からｎ層３０に至るまで形成された溝９０と、ｐ層５０の上面からｎ層３０に至るまで形成された孔６０と、孔６０にｎ層３０と接合しｐ層５０の上面にまで形成された第１電極７０と、ｐ層５０の上面に溝９０によって第１電極７０と電気的に絶縁分離されるように形成された第２電極８０とを備えたものを挙げることができる（特許文献１参照。）。
【０００３】
上述の半導体発光素子は、溝９０により第１電極７０と第２電極８０との電気的な絶縁分離を実現しているので、半導体発光素子を順方向バイアスにする、つまり、第２電極８をプラス電圧にし第１電極７０をマイナス電圧に印加することにより、第２電極８０から第１電極７０に向かって電流が流れ、ｐ層５０とｎ層３０の界面に位置する低キャリア濃度ｎ層４０にてホールと電子が結合し発光する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６９６０９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような半導体発光素子においては、発光層から発光する光が発光層の全方位にわたり発光するため、発光層からある所望の方向に到達する光量が少なくなるという問題点があった。
【０００６】
特に、発光層の側面に放射された光は、第１電極、第２電極の側面に反射、吸収され、反射された光、吸収された光とも、再び半導体発光素子内に入射し、半導体発光素子内で部分的に反射、吸収を繰り返すため、所望の方向の光が発光層から取り出せないので、光の取り出し効率が悪いという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、光の取り出し効率のよい半導体発光素子を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る半導体発光素子は、支持基板と、該支持基板上に設けた第１導電型半導体層と、該第１導電型半導体層上に設けた発光層である活性層と、該活性層上に設けた第２導電型半導体層とを備えた半導体発光素子であって、前記第１導電型半導体層に前記活性層と前記第２導電型半導体層を順次積層して形成した少なくとも２つ以上の積層部と、該積層部を設けることで前記第１導電型半導体層の一部が露出するように形成した露出面からなる露出領域と、該露出領域に設けた前記活性層に電圧印加するとともに、前記活性層の側面から放射する光を所望の方向に反射する第１電極と、前記第２導電型半導体層上に設けた前記活性層に電圧印加する第２電極とを備える。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る半導体発光素子は、請求項１に記載の半導体発光素子において、前記第１電極は、前記第１導電型半導体層から前記活性層方向に向い広がるテーパ形状又は前記第１導電型半導体層から前記活性層方向に向い狭まるテーパ形状を備える。
【００１０】
このような構成の半導体発光素子は、前記露出領域に設けた前記第１電極が前記活性層の側面から放射される光を所望の方向に反射させることで、所望の方向の光の取り出しが可能となり、光の取り出し効率がよくなる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る半導体発光素子は、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子において、前記第１電極がクシ歯形状である。
【００１２】
このような構成の半導体発光素子は、前記第１電極をクシ歯形状に形成することで、配線のオーバーラップ領域をなくして線を引きまわすことができ、簡略な配線構造が実現できる。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る半導体発光素子は、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子において、前記第１電極が格子形状である。
【００１４】
このような構成の半導体発光素子は、前記第１電極が格子形状であるので、前記第１電極により例えば各前記積層部を取り囲むことができるので、前記活性層の側面より放射される光は、各積層部を構成する前記活性層の全周囲方向で補足することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１６】
本発明の第１実施形態を図１乃至図２に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面における半導体発光素子を示す断面図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の変形形態を示す断面図である。
【００１７】
第１実施形態においては、半導体発光素子は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１上に設けた第１導電型半導体層２と、第１導電型半導体層２に設けた半導体発光層である活性層３上に第２導電型半導体層４を積層して形成した例えば９つの積層部５（図１（ｂ）においては、簡略化のため一部の符号のみ記載）と、各積層部５の活性層３側を第１導電型半導体層２の表面が一部露出するように設けることで形成した露出面からなる露出領域６と、この露出領域６に設けた活性層３に電圧印加するとともに、活性層３の側面から放射される光を所望の方向に反射する第１電極７と、第２導電型半導体層４上に設けた活性層３に電圧印加する第２電極８とを備えた構成である。
【００１８】
なお、半導体発光素子の上下方向は、実際の使用状態での方位性に依存するため一義的に規定できないが、第１実施形態の記述では説明の便宜上、図１に示すように、支持基板１の配置側を下（下面）側、第２電極８の配置側を上（上面）側というように上下方向を規定するものとする。
【００１９】
ここで、支持基板１は、例えば透光性及び絶縁性を有するサファイア基板であり、第１導電型半導体層２は、例えばｎ型ＡｌＧａＮのようなｎ型ＧａＮよりなる高キャリア濃度ｎ＋層であり、活性層３は、例えばｎ型ＩｎＧａＮのような３族窒化物半導体を用いて形成されたものである。また、第２導電型半導体層４は、例えばｐ型ＡｌＧａＮのようなｐ型ＧａＮよりなる高キャリア濃度ｎ＋層である。第１電極７及び第２電極８は、両電極の材料としては例えばＡｌを用いるが、他にＮｉ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属を使用することができ、例えば所定のマスクを用いて形成する。
【００２０】
なお、半導体発光素子は、順方向バイアス、すなわちｐ型である第２導電型半導体層４に形成した第２電極８にプラス電圧にし、第１電極７をマイナス電圧に印加することにより、活性層３にてホールと電子が結合し発光する。
【００２１】
ここで、前述の露出領域６は、図１においては、第１導電型半導体層２の表面であって、かつ積層部５を設けていない領域を示している。つまり、露出領域６は、各積層部５により複数の領域に分離されている。また、積層部５は、本第１実施形態では９つを平面視においてブロック状かつ均等な配置であるが、少なくとも２つ以上あればその数及び配置場所は特に限定するものではない。また、露出領域６に設ける第１電極７は、図１（ａ）にては、中央の積層部５を取り囲むように４つ設けているが、その数に特に限定するものではない。
【００２２】
また、ここで、第１電極７は、第１導電型半導体層２から活性層３、第２導電型半導体層４方向に向い広がる、つまり上方に向い広がり所定の曲率で湾曲するような形状である。なお、この曲率は、活性層３の側面から放射される光を下方に反射して光を取り出すことができるような所定の値であればよい。図１（ｂ）において、活性層３の側面から放射される光の放射状態を模式的に表し、光をαと示すと、光αは、所望の方向として下方から取り出すことができる。
【００２３】
なお、第１実施形態における変形形態を図２に基づいて説明する。図２は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面に相当する箇所での断面図であり、図２（ａ）に示すように、第１電極７の上下方向における形状は、第１導電型半導体層２から活性層３、第２導電型半導体層４方向に向い広がる、つまり上方に向い広がるテーパを備えている。この変形形態においては、光αは、所望の方向として下方から取り出すことができる。また、図２（ｂ）に示すように、第１電極７の上下方向における形状は、上方に向い狭まるテーパを備えており、活性層３の側面から放射される光αは、所望の方向として上方から取り出すことができる。
【００２４】
かかる半導体発光素子においては、露出領域６に設けた第１電極７が活性層３の側面から放射される光を所望の方向に反射させることで、所望の方向の光の取り出し、つまり集光が可能となり、光の取り出し効率がよくなる。
【００２５】
ここで、第１実施形態においては、平面視における露出領域６での各積層部５の最外周を直線で結ぶ外周長Ｌ１は、平面視における各積層部５の活性層３の外周長の総和Ｌ２より長く、例えばＬ１がＬ２も３倍以上であることが好ましい。
【００２６】
次に、第１実施形態とは異なる態様を示す実施形態を、本発明の第２実施形態として図３に基づいて説明する。図３（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面における半導体発光素子を示す断面図である。
【００２７】
第２実施形態においては、半導体発光素子は、図３に示すように、例えば平面視で長方形状に形成された４つの積層部５を第１導電型半導体層２上に均等に備えた構成である。なお、第２電極８は、平面視においてクシ歯形状をなし、各クシの歯が４つの第２導電型半導体層４に接続するような構成である。ここで、第１電極７は、平面視においてクシ歯形状をなし、上方に向い広がるテーパを備えており、露出領域６において各積層部５を取り囲むように配置されている。なお、第１電極７の各クシの歯側は、第２電極８の各クシの歯側に面している。
【００２８】
かかる半導体発光素子においては、第１電極７をクシ歯形状に形成することで、配線のオーバーラップ領域をなくして線を引きまわすことができ、簡略な配線構造が実現できる。
【００２９】
なお、第１電極７の両端に配置されている各クシの歯の形状は、図３（ｂ）では活性層３に面する側も、その反対側も、上方に向い広がるテーパを備えているが、少なくとも活性層３に面する側が上方に向い広がるテーパを備えていればよい。
【００３０】
最後に、他の態様を示す実施形態を、本発明の第３実施形態として図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面における半導体発光素子を示す断面図である。
【００３１】
ここで、第３実施形態においては、第１電極７は、図４に示すように、格子形状をなし、この各格子により各積層部５を取り囲んでいる。
【００３２】
かかる半導体発光素子においては、第１電極７が格子形状であるので、第１電極７により各積層部５を取り囲むことで、活性層３の側面より放射される光は、各積層部５を構成する各活性層３の全周囲方向で補足することができ、光の取り出し効率がよくなる。
【００３３】
また、第２実施形態及び第３実施形態においては、第１電極７の上下方向における形状は、上方に向い広がるテーパを備え活性層３の側面から放射される光が下方から取り出す構成であるが、下方に向い広がるテーパを備え、活性層３の側面から放射される光が上方から取り出せるような構成にしても勿論よい。
【００３４】
また、第１実施形態乃至第３実施形態においては、第１電極７の表面に例えば銀を蒸着してなる反射膜を形成してもよく、この場合、更に高い放射率を実現することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかる半導体発光素子は、露出領域に設けた第１電極により活性層の側面から放射される光を所望の方向に反射させることで、光の取り出し効率がよくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の変形形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図及び断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図及び断面図である。
【図５】従来例に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  支持基板
２  第１導電型半導体層
３  活性層
４  第２導電型半導体層
５  積層部
６  露出領域
７  第１電極
８  第２電極
【図１】
2005019530.tif 000003
【図２】
2005019530.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005019530.tif 000006
【図５】
2005019530.tif 000007